Laboratorio - Metano 735y44

UNIVERSIDAD INNOVADORA

UN INGENIERO QUÍMICO, UNA EMPRESA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA ACADÉMICA INGENIERÍA QUÍMICA AMBIENTAL Laboratorio n°7 PREPARACION Y RECONOCIMIENTO DEL METANO DOCENTE:  Ing. INGA DIAZ , Abel SEMESTRE:

 III “B”

HUANCAYO –PERÚ

OBJETIVOS



Obtener el gas orgánico (metano) a partir de un compuesto inorgánico como el acetato de sodio.



Describir las propiedades del metano.

INTRODUCCIÓN

Los alcanos son hidrocarburos que son los compuestos más sencillos porque están formados solo por carbono e hidrogeno. El metano es mejor conocido como "gas natural", actualmente una importante fuente de energía. No obstante, sólo parte del metano existente en la atmósfera es producido por las actividades industriales relacionadas con la producción y uso de energía. Más importante para el crecimiento del metano en la atmósfera es el aumento de las llamadas fuentes "biogénicas", por ejemplo, el cultivo de arroz y el incremento de los rumiantes domésticos relacionados con el crecimiento de la población mundial. En esta práctica observaremos reacciones con alcanos y obtendremos gas metano mediante una mezcla de CaO y NaOH para obtener cal sodada a la cual se le agregara acetato de sodio se le aplicara calor para obtener el gas metano.

RESUMEN

En esta práctica de laboratorio se logrará explicar las principales características que suelen identificarse de la formación del metano a partir de la mezcla del CaO, NaOH y el acetato de sodio. Dicha mezcla será llevada a un tubo de combustión y correctamente tapada; por otra parte preparamos una solución con KMnO4, esta última nos servirá como indicador de la presencia de metano que se libera de la mezcla; por ello finalmente llevaremos el tubo de combustión al mechero, calentado a ciertas condiciones para obtener metano y finalmente cuando la otra parte, la solución (KMnO4), empieza a cambiar de color identificaremos la liberación del metano a partir de la mezcla.

MARCO TEORICO



METANO: El metano se produce de forma natural por la descomposición de sustancias orgánicas en ambientes pobres en oxígeno. También se produce en el sistema digestivo de rumiantes y otros animales, en la explotación de combustibles fósiles, y en la quema de biomasa. Aproximadamente la mitad de la producción de metano proviene de los sembradíos de arroz, de la actividad animal, y de la acción de los termitas. Una cuarta parte proviene de tierras pantanosas y húmedas. Un 15% de la producción industrial de gas natural y carbón mineral. Los rellenos de basura y otras sustancias orgánicas en descomposición contribuyen con un 5% de las emisiones de metano. El metano contribuye actualmente con el 15% del Calentamiento Global, excluido el efecto del vapor de agua. Se calcula que hacia fines del siglo XXI el efecto del metano habrá superado al producido por el dióxido de carbono.



Fórmula química:

CH4

Peso atómico:

16.04 uma

Otras denominaciones:

Gas del pantano; Hidruro de metilo

ORIGEN DEL METANO: El metano se produce por la descomposición de substancias vegetales, principalmente celulosa, por la acción de microorganismos, y se desprende del cieno de algunos pantanos, por lo que también suele denominarse gas de los pantanos. El metano se desprende también, más o menos puro, de los volcanes de fango y de algunas aguas y fuentes no cenagosas. Se produce asimismo en las minas de carbón de piedra y de lignito, por descomposición lenta de las materias orgánicas, acumulándose en las hendeduras y cavidades mezclado con nitrógeno y anhídrido carbónico. Este compuesto al o con el aire, gas grisú, produce terribles explosiones,

que causan numerosas muertes entre los trabajadores del sector minero, a pesar del uso de la lámpara de seguridad Davy y del metanómetro.



OBTENCIÓN DEL METANO:  Petróleo: El petróleo, al igual que el gas natural que le acompaña en bolsas, constituye la principal fuente de alcanos hasta el C40, así como de otras sustancias orgánicas. El petróleo crudo carece de utilidad comercial, pero por destilación pueden separarse de él multitud de productos útiles, denominados fracciones. El metano se desprende, al igual que otros hidrocarburos como el etano, el propano y el butano, en la primera fracción de la destilación del petróleo, consistente en calentarlo por debajo de los 20ºC.  Gas Natural: Está compuesto por hidrocarburos muy bajos, desde C1 a C8 aproximadamente. Los porcentajes máximos corresponden a los más volátiles. Así al metano suele corresponderle un 80% de la mezcla. El propano y butano se separan por licuefacción y se expenden en el comercio en cilindros a presión. El resto, conducido por gaseoductos a las ciudades, se emplea también como combustible.  Procedimientos Sintéticos  Proceso Bergius: Se hidrogena carbón en presencia de catalizadores a altas temperaturas y presiones.  Proceso Fischer-Tropsch: Se parte de gas de agua enriquecido con hidrógeno y se le hace pasar por un catalizador en caliente.  Destilación Seca:

De esta forma se obtiene metano de muchas sustancias orgánicas, como la madera, turba, hulla, rocas bituminosas, etc.  Síntesis Directa: Se hace actuar el hidrógeno sobre el carbono a 1200ºC.



PROPIEDADES DEL METANO:  Propiedades Físicas: El punto de fusión y el punto de ebullición en los hidrocarburos depende de la longitud de la cadena, debido a las fuerzas de Van Der Waals. Debido a esto, al ser el metano el hidrocarburo más sencillo sus puntos de fusión y ebullición son relativamente bajos, situándose el primero en -183ºC y el segundo en -162ºC. Su estado natural es gaseoso, al igual que el etano, el propano y el butano; y a diferencia de los alcanos desde C5 hasta C16 que son líquidos; de ahí en adelante son sólidos de aspecto céreo. Al ser un compuesto prácticamente no polar resulta insoluble en agua, pero sí en disolventes apolares como el benceno, éter, tetracloruro de carbono, etc.  Propiedades Químicas: La mínima polaridad de los enlaces de los hidrocarburos saturados es la causa de su inercia química, razón por la cual han sido llamados parafinas (poca afinidad). Únicamente dan reacciones de tipo radical, generalmente de sustitución. 1. Halogenación: Si se expone una mezcla de cloro y metano a la luz solar se produce una reacción muy violenta. La luz violeta o ultravioleta escinde la molécula Cl2 en 2Cl, que son las que inician la reacción en cadena. 2. Pirolisis o Craqueo:

Es la descomposición de un compuesto por el calor. Cuando se calienta el metano a unos 600ºC en ausencia de aire tienen lugar rupturas de las uniones C-H. 3. Nitración: Se realiza la reacción con ácido nítrico en fase de vapor a temperaturas superiores a 400ºC, produciéndose la sustitución de un hidrógeno del alcano por un grupo nitro. 4. Combustión: Si se aporta energía suficiente para iniciar la reacción, todos los alcanos arden en aire u oxígeno formando agua y anhídrido carbónico, desprendiendo gran cantidad de calor. La oxidación controlada de hidrocarburos constituye un método industrial de obtención de alcoholes y ácidos orgánicos.

MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES:

o

o

Mortero

Tubos de ensayo

o

Tapoó n

o

o

Tubo de desprendimiento

Mechero Bunsen

o

o

REACTIVOS:

Cerillas

Cuba de agua

a.

Acetato de sodio soó lido

b.

c.

ÓÓ xido de calcio

Hidroó xido de sodio soó lido

PROCEDIMIENTO

 En un mortero mezcla bien 5g de oó xido de calcio, 5g de hidroó xido de sodio y 8.2g de acetato de sodio anhidro, hasta quedar una mezcla homogeó nea untuosa.

 Coloca la mezcla en el tubo de desprendimiento con el tapoó n adaptado.

 Instala el equipo tal como se muestra en el graó fico.

 Calienta las paredes del tubo directamente al mechero, al inicio con cuidado y despueó s fuertemente para mantener una produccioó n constante de gas. Las primeras burbujas o deben ser recogidas porque son de aire, en seguida recoge el gas que se produce en los tubos de ensayo, estos deben ser mantenidos boca abajo hasta que se realicen las respectivas pruebas con cada uno de ellos.

 Haz burbujear metano en un tubo de ensayo que contiene solucioó n de permanganato de potasio y carbonato de calcio. Registra tus observaciones. Escribe las reacciones que se presentan. Anota tus observaciones.

 Acerque una cerilla encendida al gas que se produce. Óbserve.

RESULTADOS



Se obtuvo durante la práctica la producción del metano mediante el desprendimiento de la reacción del acetato de sodio con la cal sodada.



Se pudo reconocer al metano en el ambiente como una llama característica.

DISCUSION DE RESULTADOS



Durante el proceso de la producción del metano se tiene que tener en cuenta que el tubo de combustión no tenga ninguna salida y entrada de aire.



Se tiene que tener mucho cuidado cuando hacemos la prueba de reconocer al metano en el ambiente.

SOLUCIONARIO DE CUESTIONARIO ¿Por qué razón el tubo que contiene la mezcla de reacción debe hallarse inclinado con la boca más abajo?

1. El tubo de ensayo que contiene la sustancia se debe mantener inclinado, ya que esta sustancia es más ligera que el aire y el mantenerlo inclinado nos facilita la salida del metano sin ninguna dificultad.

Escribe la ecuación química de la obtención del metano →

CH 3 COONa+ NaOH ❑ Na2 CO 3+CH 4 1. 2.

Reactivos: acetato de sodio + hidróxido de sodio Productos: Metano y carbonato de sodio DCALOR CH 3 - COOH + CaO + Na ( OH ) ���� �CH 4

¿Por qué es conveniente que las sustancias sean anhidras? 

Como término general, se dice que una sustancia es anhidra si no contiene agua. La manera de obtener la forma anhidra difiere de una sustancia a otra .En muchos casos, la presencia de agua puede evitar que suceda una reacción química, o formar productos no deseados. Para prevenir esto, se deben utilizar solventes anhidros a llevar a cabo ciertas reacciones. La forma más común para obtener la forma anhidra de un solvente es llevarlos a ebullición en presencia de una sustancia higroscópica. Para ello el metal más comúnmente empleado es el sodio.



También nos conviene porque al ser sometida la muestra en la luz solar los elementos se van a Desnaturalizan con mayor facilidad.

¿Qué ocurrirá en el tubo expuesto a la luz?  Al ser sometida la muestra que está en el tubo de ensayo a la luz solar los elementos se van a Desnaturalizan con mayor facilidad.

¿Qué se puede concluir acerca del metano con permanganato de potasio? 

CH

KMnO4

4 se hace reaccionar con él Cuando él oxidante y dandi así las siguientes reacciones:

, el

KMnO4

actúa como un

KMnO4 + CH 4 + H 2O �� �CH 3 + O2 KMnO4 + CH 4 + H 2O �� � H - CHO + O2 KMnO4 + CH 4 + H 2O �� � H - COOH + O2

Indique cuales son las propiedades y usos del metano PROPIEDADES: Físicas:  El

punto de fusión y el punto de ebullición en los hidrocarburos dependen de la longitud de la cadena, debido a las fuerzas de Van Der Waals. Debido a esto, al ser el metano el hidrocarburo más sencillo sus puntos de fusión y ebullición son relativamente bajos, situándose el primero en 183ºC y el segundo en 162ºC.  Su

estado natural es gaseoso, al igual que el etano, el propano y el butano; y a diferencia de los alcanos desde C5 hasta C16 que son líquidos; de ahí en adelante son sólidos de aspecto céreo.  Al

ser un compuesto prácticamente no polar resulta insoluble en agua, pero sí en disolventes apolares como el benceno, éter, tetracloruro de carbono, etc. Químicas: La mínima polaridad de los enlaces de los hidrocarburos saturados es la causa de su inercia química, razón por la cual han sido llamados parafinas (poca afinidad). Únicamente dan reacciones de tipo radical, generalmente de sustitución.  Halogenación:

si se expone una mezcla de cloro y metano a la luz solar se produce una reacción muy violenta. La luz violeta o ultravioleta

escinde la molécula Cl2 en 2Cl, que son las que inician la reacción en cadena.  Pirolisis o Craqueo: es la descomposición de un compuesto por el calor.

Cuando se calienta el metano a unos 600ºC en ausencia de aire tienen lugar rupturas de las uniones C-H.

Usos: El metano es importante para la generación eléctrica ya que se emplea como combustible en las turbinas de gas o en generadores de vapor. Si bien su calor de combustión, de unos 802 kJ/mol, es el menor de todos los hidrocarburos, si se divide por su masa molecular (16 g/mol) se encuentra que el metano, el más simple de los hidrocarburos , produce más cantidad de calor por unidad de masa que otros hidrocarburos más complejos. En muchas ciudades, el metano se transporta en tuberías hasta las casas para ser empleado como combustible para la calefacción y para cocinar. En este contexto se le llama gas natural. En Colombia así como en otros países emergentes, el gas natural es empleado como combustible alterno por varios vehículos de transporte.  Usos industriales El metano es utilizado en procesos químicos industriales y puede ser transportado como líquido refrigerado (gas natural licuado, o GNL). Mientras que las fugas de un contenedor refrigerado son inicialmente más pesadas que el aire debido a la alta densidad del gas frío, a temperatura ambiente el gas es más ligero que el aire. Los gasoductos transportan grandes cantidades de gas natural, del que el metano es el principal componente. En la industria química, el metano es la materia prima elegida para la producción de hidrógeno, metanol, ácido acético y anhidro acético. Cuando se emplea para producir cualquiera de estos productos químicos, el metano se transforma primero en gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, mediante reformación por vapor. En este proceso, el metano y el vapor de agua reaccionan con la ayuda de un catalizador de níquel a altas temperaturas (700 -1.100 °C). CH 4+ H 2O →CO +3 H 2 La proporción de monóxido de carbono frente al hidrógeno puede ser ajustada mediante la reacción de desplazamiento de gas de agua al valor deseado. CO+ H 2 O→ CO 2+ H 2

Otros productos químicos menos importantes derivados del metano incluyen el acetileno obtenido haciendo pasar metano a través de un arco eléctrico, y los cloro metanos (cloro metano, diclorometano, cloroformo, y tetracloruro de carbono), producidos por medio de la reacción del metano con cloro en forma de gas . Sin embargo, el uso de estos productos está disminuyendo, el acetileno está siendo remplazado por sustitutos más económicos y los cloro metanos debido a motivos de salud y medioambientales.

CONCLUSIONES



Los alcanos (METANO) son importantes sustancias puras de la industria química y también los combustibles más importantes de la economía mundial.



Los alcanos (METANO) pueden producirse a partir de la descomposición de otras sales orgánicas

BIBLIOGRAFÍA LIBROS:  DOMÍNGUEZ, X.A. Y X.A. DOMÍNGUEZ, S. 1990. Química Orgánica Experimental. Primera edición. Editorial Limusa. México, D.F.  FESSENDEN, J. R., Y S.J. FESSENDEN. Química Orgánica. 1983. Primera edición. Grupo Editorial Iberoamericana. México, D.F.  ALMAREGO, W.L.F. AND CHAI C.L.L. 2003. Purification of laboratory chemicals. Fifth Edition. Elsevier. Great Britain

PAGINAS WEB: 1201 www.telefonica.net/web2/jgarciaf/cambio_climatico/.../metano.htm 1202 es.wikipedia.org/wiki/Metano 1203 www.larazon.es/noticia/4969-encuentran-un-oasis-de-metano-en-titan 1204 cambioclimaticoglobal.com/metano.html